[发明专利]同时测量湿度、温度和材料复介电常数的多功能传感器

说明书

本发明公开同时测量湿度、温度和材料复介电常数的多功能传感器。本发明由金属补丁、微带线、介质板Kapton100HN、金属薄片、金属通孔构成EMSIW；微带线与CSRR槽环耦合。槽环开口相对的直角对齐向环内弯折，该区域电场强度最强，用来测量材料的复介电常数；向内弯折的两直角间由多个“凵”结构以及用于连接相邻两“凵”结构的连接板构成；槽环的开口分别向环内外延伸；槽环CSRR非折线区焊接热敏电阻。因此该传感器具备同时测量环境的温度、湿度和材料复介电常数的功能，不仅具有高灵敏度和高精度的优良性能，而且其结构简单、结构小型化、测量范围广、实用性很强。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种微带线激励的传感器，特别涉及一种基于八分之一模的衬底集成波导(Eight Mode Substrate integrated waveguide-EMSIW)的用于测量湿度、温度和材料复介电常数的小型化微波传感器。

背景技术

近年来，随着时代的进步和人们的生活水平的不断进步，温度、湿度等环境传感器在工业和人们的生活中发挥着越来越重要的作用；另外磁介质材料在食品工业、农业医药、卫生保健、国防等领域也发挥着越来越重要的作用，而其中介电常数是描述磁介质材料的电性能一个的重要参数。因此如何对温度、湿度和介电常数实现准确、快速的测量，已经成为目前学术界和工业界共同关注的热点。

在传统的湿度传感器中，电阻式传感器因价格低廉，在中等湿度范围内表现出良好的性能，而得到了大家越来越多的青睐，然而电阻式仪表在较低湿度时响应较弱，反应不明显，因此而制约了它的发展。

在传统的温度传感器中，SAW温度传感器，其工作频率往往容易受到信号对噪声性能差的影响，所需的电路通常也比较复杂，成本较高。尽管光学传感器具有抗电磁干扰的能力，但由于支撑所需要的昂贵且大规模的光电设备，光学传感器在许多应用中同样也受到了限制。

在磁介质材料的电性能表征方面，基于谐振的方法由于其精度高、灵敏度高、成本低等优点，常受到人们的青睐，在这种方法中，由于被测样品加载到谐振器上，引起谐振器的谐振频率的变化，从而为磁介质材料的介电常数的测量提供了可靠的依据。然而那些传感器往往功能单一，无法满足电路的小型化、集成化的要求。

因此，为了解决上述两个问题，本次申请同时测量湿度、温度和材料复介电常数多功能传感器，除了能用于测量环境的温度和湿度以外，我们还可以用于测量磁介质材料的介电常数，而其中温度、湿度、材料的复介电常数测量的多功能的集成，不但提高了小型化传感器的实用性，而且更能体现我们的一大创新。

发明内容

本发明的目的主要针对现有技术的不足，提出了一种结构简单、高灵敏度、高Q值、测量范围广以及具备同时测量温度、湿度、介电常数功能的微波传感器。该传感器是在八分之一模式的衬底集成波导(EMSIW)的结构的基础上，采用微带线激励进行设计的。

本发明按以下技术方案实现：

一种微波传感器，该微波传感器为单端口器件，分为三层结构；

顶层包括金属补丁、微带线和一个SMA连接头；

中间层采用湿度敏感介质板Kapton100HN；Kapton 100HN学名是聚酰亚胺，其介电常数是随湿度线性变化的一种介质板，其厚度是25μm；

底层包括金属薄片、刻槽CSRR结构、热敏电阻(R-T-CMFA103J3950HANT)；

由金属补丁、微带线、介质板Kapton100HN、金属薄片、金属通孔构成EMSIW；

在金属补丁的电壁上连接微带线，金属补丁在微带线两侧开有轴对称的L型缝隙(左侧L型缝隙为顺时针旋转180°后的L结构，右侧L型缝隙与左侧L型缝隙关于微带线轴对称)；金属补丁上设有若干等距排布用于耦合金属薄片的金属通孔，使得微带线与CSRR槽环耦合。